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2014.12.25
第28卷Vol.%28总第112期
火力发电厂压缩空气系统的设计优化
施爱阳
摘
武春霖熊建文何绍峰
中机国能电力工程有限公司，上海200061
要：结合火力发电厂压缩空气系统的设备选型及实际运行存在的问题，进行了选型举例及仪表用储气罐容积的计算，
提出了提高压缩空气系统运行稳定性及可靠性的措施。关键词：压缩空气系统；空压机；储气罐；优化中图分类号：TM621.7文献标识码：BDOI:10.13661/j.cnki.issn1001-9006.2014.04.011
文章编号：1001－9006（2014）04－0046－02
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SHIAiyang，WUChunlin，XIONGJianwen，HEShaofeng
(ChinaSinogyElectricEngineeringCo.，Ltd．，200061，Shanghai，China)
Abstract:Focusedonselectionofcompressedairsystemforthermalpowerplantandactualproblemsencountaedinoperation，thispaperprovidesseveralcasesofequipmentselectionalongwithcalculationofairreceiverforcontrouingoperationalinstruments.Thepaperthenproposespertinentmeasurestoimprovethestablityandreliabilityofthecompressedairsystem.Keywords:compressedairsystem;aircompressor;airreceiver;optimization
火力发电厂压缩空气系统是火电厂中不可或缺的公用系统，主要作用是提供仪表控制用气、检修用气及除灰输送用气等，其可靠性直接影响整个机组的有效运行。特别是仪用压缩空气系统，关系着气动阀门执行机构能否正常动作，影响着整个火电厂的安全运行。检修及仪表用压缩空气系统所提供的压缩空气必须满足下列需要：
（1）检修用空气系统供机械设备运行、风动工具等用气。不论火电厂在何种方式下运行及设备维修，均需用该系统的压缩空气。
（2）仪表空气系统提供洁净、无油、无水的压缩空气至所有气动操作的仪表及控制设备（如气动操作阀门等）。
下面以某工程火力发电厂2×350MW机组为例，进行压缩空气系统设计的优化探讨。1
全厂压缩空气用量及品质要求
全厂需要压缩空气的有热机、热控、除灰、
脱硫等专业，各专业对压缩空气的用气量、用气品质及使用时间各不相同。某工程2×350MW机组工程各专业压缩空气用量见表1。2
全厂空压机站优化
全厂空压机站按“系统分开，集中布置”的原则，2台机组设置1个全厂供气站统一供气的方式，由全厂空压机站向除灰、热控、热机、脱硫等专业提供气源。全厂空压机站，可以提高设备利用率，另外空气压缩装置所需的总占地面积缩小，监控费用和维修费用降低。
3
仪用空压机共设置4台20Nm/min螺杆式压
缩机，2台运行，1台运行备用，1台检修备用。
3
采用3台35Nm/min螺杆式压缩机作为输送空压
机用，其中2台运行，1台运行备用。仪用空气后处理设备采用组合式空气干燥器，结合了冷干机及无热再生式干燥器的优势，具有能耗低、再生耗气量少（≤3%）、露点温度低（≤－40℃）且稳
收稿日期：2014－01－20
作者简介：施爱阳（1981－），女，2007年3月毕业于东南大学热能工程专业，工学硕士，工程师。现在中机国能电力工程有限公司工作，
主要从事火电厂热机专业设计工作。
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第28卷Vol.%28总第112期
定、结构紧凑、自动化程度高、操作更加简便等特点。厂用检修气不经过后处理直接使用，仅在
表1
序号1
用途除灰系统（干灰输送）除灰控制（仪用）热控控制（仪用）脱硫（仪用）脱硝仪用化水仪用脱硝声波吹灰厂用气
热机检修
气量70
检修时使用，其用量几乎无法准确确定。为保证电厂安全运行，杂用气可随时切断供应。
某工程2×350MW机组用气量
单位m/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/min
3
运行状况连续
品质
压力露点：2℃，含油量＜5mg/m3，灰尘粒径＜40μm，压力：0.7MPa压力露点：－40oC，含油量＜1mg/m3，灰尘粒径＜5μm，压力：0.6～0.7MPa
同2同2同2同2
备注
2345678
620212410
连续连续连续连续连续不连续与1不同时
不做后处理不做后处理
注：脱硫吹扫采用蒸汽吹扫
3压缩空气系统存在的问题
实际火电厂压缩空气系统运行中有几大问
25m3的储气罐，为机务检修气源用。按以上常规设计，往往导致仪用储气罐容积过小，主要是未考虑储气罐容纳时间期内气压变动。针对仪用储气罐容积的计算过程如下：
V=
Q·t·P0P2－P1
（1）
题
［1－2］
，主要有：
（1）储气罐容积设计偏低，导致仪表用气量不够及仪表用气的压力偏低。
（2）冷却水管路采用工业水，由于冷却水水质差，冷却器换热面结垢严重，换热效果差，冷却水回水温度升高。
（3）压缩空气母管未设疏放水点，若管内积水未及时排放，将影响压缩空气的品质。
（4）气动阀无法正常开启、关闭，阀门内部运动部件沾有污物，无法顺畅活动，压缩空气无法控制、设备工作异常。44.1
压缩空气系统设计优化储气罐容积的计算
考虑到热控专业仪用压缩空气对整个系统安全至关重要，根据《火力发电厂设计技术规程》中“当全部空气压缩机停用时，热工控制压缩空气系统的贮气罐的容量，应能维持不小于5min的
3
耗气量”规定，设置2个25m的仪用储气罐，以
3
式中V为储气罐容积，m；Q为压缩空气实33
际消耗量，m/min（取31m/min）；t为储气罐的
最小容纳时间，min（取5min）；P0为压缩空气系统安装所在地的海拔高度的大气压（取0.1MPa）；P2为储气罐内气体的初始（高）压力点（取0.8MPa）；P1为使气动执行机构动作的储气罐内气体的低压力
3
点（取0.6MPa），代入上式，得到V=77.5m，因3
此需要增加1台30m的仪用储气罐。
4.2冷却水系统优化
针对冷却水管路，提出采用闭式循环冷却水
系统冷却，这样可以很好的保证冷却水水质，避免空压机排气温度高而导致频繁跳机。另一方面，空压机排气温度的降低，容纳的水分越少，吸附式干燥机的干燥负荷越低，从而使组合式干燥器的干燥效率得到提高。4.3
疏放水管道设计
常规火电厂压缩空气管道在母管上的低点安装1个截止阀，在机组正常运行时放水仍然会出现
（下转第60页）
满足储气罐内压力下降到0.6MPa过程可持续向仪
3
用气用户供气5min的要求。设置3个25m的储
气罐，作为平稳干灰输送用气气源用；设置1个
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第28卷Vol.%28总第112期
涡分离边界内流动强烈，利于燃料和空气混合。
3种结构径向旋流器的最小通流面积、喉部面积、以及筒的直径相同，所以根据式（6）计算得到的几何旋流数也是相同的，均为0.855。根据式（1）得到t=40mm、t=10mm与轴向弯曲3种结构在喉部中间面的旋流数依次为0.859、0.813、0.761。两种方法的计算值较为接近。设计是多采用几何旋流数来设计旋流器的通流面积。虽然3种旋流器结构有所差异，但是影响旋流数大小的参数没有变化。通过改变结构，虽然减小了旋流数，但是回流区变化不大，其原因是否为几何旋流数没有发生变化，有待进一步研究。4
结语
e模型计算旋流燃烧器（1）通过SST和标准k-
流场并与实验结果对比，发现SST湍流模型计算结果与实验结果吻合较好。
（2）计算得到了不同结构下的旋流数沿轴向的变化，发现旋流器出口喉部截面旋流数与几何旋流数接近，有利于径向旋流器的设计。参考文献：
［1］林宇震，许全宏，刘高恩.燃气轮机燃烧室［M］.国防工业
2008出版社，
［2］PhilTKing，HishamS.AlKabie，GordonE.Andrews，etal.
CFDPredictionofLowNOxＲadialSwirlerswithCentralFuelInjection［C］.ASMEpaperGT2009－60106
［3］BeerJM，ChigierNA.CombustionAerodynamics［M］.London：
AppliedSciencePublishersLtd.1972
［4］AlkabieH.S.，AndrewsG.E.，etal.LeanLowNOxPrimaryZone
UsingＲadialSwirlers［C］.ASMEpaper88－GT－245
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（上接第47页）
积水的情况，即放水不彻底。解决的方案之一是设置2个截止阀串联布置，两截止阀的间距约500mm，如图1。解决的方案之二是在压缩空气母管的低点处安装疏水阀，以保证管道内不积水
。
供系统状态及报警信号。空气后处理设备的集控纳入中控单元范围。5
结语
（1）通过对仪用储气罐容积的计算，重新配
3
置储气罐的数量及容量，需增加1台30m的仪用
储气罐。增加了储气量，从而提高了压缩空气系统运行的稳定性和可靠性。
（2）提出了对冷却水管道和疏放水管道的优化设计，进一步提高了全厂压缩空气系统运行的可靠性。
图1
疏水站的设置
（3）采用集中控制及智能自动化调节方式有助于压缩空气系统节能降耗。参考文献：
［1］温志华，聂云峰，杨行炳，等.2×350MW机组压缩空气系统
.电站系统工程，2010，26（2）的优化改造［J］
［2］秦文防，郑文敬，郑尊建，等.电厂压缩空气系统工艺改造
［J］.电力科学与工程，2011，27（4）
［3］张莲莺.华能巢湖电厂全厂压缩空气系统优化火力发电厂压缩空气系统的设计优化［J］.电力建设，
2010，31（4）
［4］DL5000－2000火力发电厂设计技术规程［S］［5］GB50029－2003压缩空气站设计规程［S］
4.4调节系统节能措施
全厂空压机站实行智能化控制，设中央控制
单元（中控单元），采取节能型自动控制调节方式控制空压机群。每台空压机本体内置数码智能控制器，只要输入系统所需压力及控制模式，正常运行过程中不需要任何手工操作。中控单元根据系统压力变化，优化计算，自动启动空压机群中的不同空压机，以满足外部压缩空气需求，并实行轮换制式。中控单元还可以与集控室通讯，提
